Теплогенерирующие установки
Паровые котлы типа КЕ производительностью от 2,5 до 10 т/ч
Паровые котлы с естественной циркуляцией КЕ производительностью от 2,5 до 10 т/ч со слоевыми механическими топками типа ТЧ предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Техническая характеристика приведена в табл.1
Котел типа КЕ состоит из котла, топочного устройства, экономайзера, арматуры, гарнитуры, устройства для подвода воздуха в топку, устройства для удаления отходящих газов.
Топочная камера образована боковыми экранами, фронтовой и задней стенками. Топочная камера котлов паропроизводительностью от 2,5 до 10 т/ч разделена кирпичной стенкой на топку глубиной 1605-2105 мм и камеру догорания глубиной 360-745 мм, которая позволяет повысить КПД котла снижением механического недожога. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла асимметричные. Под камеры догорания наклонен таким образом, чтобы основная масса падающих в камеру кусков топлива скатывалась на решетку.
В котлах применена схема одноступенчатого испарения. Вода циркулирует следующим образом: питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе. В нижний барабан вода сливается по задним обогреваемым трубам кипятильного пучка. Передняя часть пучка (от фронта котла) является подъемной. Из нижнего барабана вода по перепускным трубам поступает в камеры левого и правого экранов. Питание экранов осуществляется также из верхнего барабана по опускным стоякам, расположенным на фронте котла.
Котлы с решеткой и экономайзером оборудуются системой возврата уноса и острым дутьем. Унос, оседающий в четырех зольниках котла, возвращается в топку при помощи эжекторов и вводится в топочную камеру на высоте 400 мм от решетки. Смесительные трубы возврата уноса выполнены прямыми, без поворотов, что обеспечивает надежную работу систем. Доступ к эжекторам возврата уноса для осмотра и ремонта возможен через люки, расположенные на боковых стенках. В местах установки люков трубы крайнего ряда пучка вводятся не в коллектор, а в нижний барабан.
За котельными агрегатами в случае сжигания каменных и бурых углей с приведенной влажностью Wпр < 8 устанавливаются водяные экономайзеры, а при сжигании бурых углей с приведенной влажностью Wпр = 8 — трубчатые воздухоподогреватели.
Площадки котлов типа КЕ расположены в местах, необходимых для обслуживания арматуры котлов. Основные площадки котлов: боковая площадка для обслуживания водоуказательных приборов; боковая площадка для обслуживания предохранительных клапанов и запорной арматуры на барабане котла; площадка на задней стенке котла для обслуживания продувочной линии из верхнего барабана и для доступа в верхний барабан при ремонте котла. На боковые площадки ведут лестницы, на заднюю площадку — спуск (короткая лестница) с верхней боковой площадки.
Каждый котел типа КЕ паропроизводительностью от 2,5 до 10 т/ч оснащен контрольно-измерительными приборами и арматурой. Котлы оборудованы двумя предохранительными клапанами, один из которых контрольный. У котлов с пароперегревателями контрольный предохранительный клапан устанавливается на выходном коллекторе пароперегревателя. На верхнем барабане каждого котла установлен манометр; при наличии пароперегревателя манометр устанавливается и на выходном коллекторе пароперегревателя. На верхнем барабане устанавливается следующая арматура: главный паровой вентиль или задвижка (у котлов без пароперегревателя), вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды. На колене для спуска воды установлен запорный вентиль с условным проходом 50 мм.
У котлов производительностью от 2,5 до 10 т/ч через патрубок периодической продувки осуществляются периодическая и непрерывная продувки. На линиях периодической продувки из всех нижних камер экранов установлены запорные вентили. На паропроводе обдувки установлены дренажные вентили для отвода конденсата при прогреве линии и запорные вентили для подачи пара к обдувочному прибору.
На питательных трубопроводах перед экономайзером устанавливаются обратные клапаны и запорные вентили; перед обратным клапаном установлен регулирующий клапан питания, который соединяется с исполнительным механизмом автоматики котла.
Котлы типа КЕ обеспечивают устойчивую работу в диапазоне от 25 до 100% номинальной паропроизводительности. Надежность котлов характеризуется следующими показателями:
Средняя наработка на отказ, ч 3000
Средний ресурс между капитальными ремонтами, лет 3
Средний срок службы до списания, лет 20
Испытания и опыт эксплуатации большого числа котлов типа КЕ подтвердили их надежную работу на пониженном, по сравнению с номинальным, давлении. С уменьшением рабочего давления КПД котлоагрегата не уменьшается, что подтверждено сравнительными тепловыми расчетами котлов на номинальном и пониженном давлении. В котельных, предназначенных для производства насыщенного пара, котлы типа КЕ при пониженном до 0,7 МПа давлении обеспечивают такую же производительность, как и при давлении 1,4 МПа.
При работе на пониженном давлении предохранительные клапаны на котле и дополнительные предохранительные клапаны, устанавливаемые на оборудовании, должны регулироваться на фактическое рабочее давление.
Табл. 1
Технические данные котлов КЕ-6,5 завода Бийскэнергомаш
Обозначение (заводское) | Вид топлива | Паропро- | Давление пара, МПа(кг/см2) | Темпера- | Габариты котла, мм (длина х ширина х высота) |
КЕ-6,5-14С-О | каменный, бурый уголь | 6,5 | 1,4(14) | 194 | 7940х4640х5190 |
КЕ-6,5-14-225С-О | каменный, бурый уголь | 6,5 | 1,4(14) | 225 | 7940х4910х5190 |
КЕ-6,5-14МТО | древесные отходы, газ, мазут | 6,5 | 1,4(14) | 194 | 10700х5050х7490 |
Котел паровой типа КЕ 6,5 т/ч
Табл. 2
Заводскоеобозначение котла | Конструктивные размеры котлов, мм | |||||||
L1 | L2 | L3 | L4 | L5 | L6 | L7 | ||
КЕ-6,5-14С-О | 3000 | 7940 | 5550 | 195 | 880 | 2580 | 4640 | 8 |
1. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания
Табл. 3
наим. показателя | обозн. | Формула или обоснование | размер-ность | топка | КП | ВЭК |
коэф. расхода воздуха | | т + пр | - | 1,4 | 1,5 | 1,6 |
средний коэф. расхода воздуха | ср | (т + i)/2 | - | 1,4 | 1,45 | 1,55 |
действительный объем водяных паров | VH2O | VоH2O+0,0161•(-1) • Vо | м3/кг | 0,784 | 0,790 | 0,800 |
действительный объем азота | VN2 | VоN2 + ( - 1 ) • Vо | м3/кг | 8,202 | 8,546 | 9,234 |
действительный объем газов | VГ | (VоRO2 + VоN2 + VоH2O)+(- 1) • Vо | м3/кг | 10,182 | 10,526 | 11,214 |
объемные доли трехатомных газов | rRO2 | VоRO2 / VГ | - | 0,122 | 0,118 | 0,111 |
объемные доли водяных паров | rH2O | VоH2O / VГ | - | 0,0766 | 0,075 | 0,0713 |
суммарная объемная доля излучающих газов | rп | rH2O + rRO2 | - | 0,199 | 0,193 | 0,182 |
доля золы топлива, уносимая с продуктами сгорания | аун | по табл. 2.3 (1) | - | 0,95 | ||
массовый расход газов при сжига-нии 1 кг топлива | G | 1-0,01•Ар+1,306 • • Vо | кг/кг | 13,47 | 13,92 | 14,82 |
концентрация частиц золы | зл | 0,01 • (Ар • аун ) _ Gг | кг/кг | 7,76•10-3 | 7,51•10-3 | 7,05•10-3 |
2. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания
Табл. 4
t оС | Iог кДж/кг | Iов кДж/кг | Iзл кДж/кг | IГ = IоГ + (-1) • IоВ + IЗЛ, кДж/кг | ||
топка | КП | ВЭК | ||||
30 | 1026 | 909 | ||||
100 | 2077 | 1830 | 8,5 | |||
150 | 3161 | 2763 | 13,0 | |||
200 | 4279 | 3718 | 17,7 | 6156 | 6327 | |
300 | 5426 | 4698 | 27,6 | 7802 | ||
400 | 6590 | 5698 | 37,6 | 9477 | ||
500 | 7792 | 6724 | 48,1 | 11202 | ||
600 | 9027 | 7758 | 58,6 | 12964 | ||
700 | 10291 | 8796 | 69,5 | 13879 | 14759 | |
800 | 11568 | 9860 | 80,3 | 15592 | 16578 | |
900 | 12849 | 10948 | 91,2 | 17320 | ||
1000 | 14139 | 12041 | 102,9 | 19058 | ||
1100 | 15458 | 13134 | 115,0 | 20826 | ||
1200 | 16806 | 14256 | 127,9 | 22636 | ||
1300 | 18137 | 15378 | 141,3 | 24430 | ||
1400 | 19490 | 16496 | 160,9 | 26249 | ||
1500 | 20854 | 17618 | 181,8 | 28084 | ||
1600 | 22219 | 18740 | 197,3 | 29913 | ||
1700 | 23605 | 19887 | 215,0 | 31775 | ||
1800 | 24983 | 21039 | 229,5 | 33628 | ||
1900 | 26381 | 22190 | 244,2 | 35501 | ||
2000 | 27779 | 23337 | 260,2 | 37375 | ||
3. Тепловой баланс котла и расход топлива
Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся состоянию котельного агрегата на 1 кг твердого топлива при 0 оС и давлении 0,1 МПа.
Общее уравнение теплового баланса имеет вид:
100 = + q2 + q3 + q4 + q5 + q6, %
где q2, q3, q4, q5, q6 – потери теплоты в процентах.
Табл. 5
Рассчитываемая величина | Обозна-чение | Формула или обоснование | Расчет | Значе-ние | Размер-ность |
Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива | q3 | по табл. 2.3 (1) | 0,5 | % | |
Потери тепла от механической неполноты сгорания топлива | q4 | по табл. 2.3 (1) | 3,0 | % | |
Потери тепла с уходящими газами | q2 | (Iух–ух • Iох ) • (100-q4) Qрн | (6527–1,6•909) • (100–3,0) / 26126 | 18,77 | % |
энтальпия уходя-щих газов при tух | Iух | по табл. 4 | 6527 | кДж/кг | |
коэф. избытка воздуха в уходящих газах | ух | по табл. 3 | 1,6 | ||
энтальпия холод-ного воздуха, при tхв=30о | Iохв | по табл. 4 | 909 | кДж/кг | |
Потери тепла от наружного охлаждения | q5 | по рис. 3.1 (1) | 2,3 | % | |
доля шлакоулавливания в топочной камере | ашл | 1 – аун | 1 – 0,95 | 0,05 | |
энтальпия шлака | (ct)шл | по табл. 3.1 (1) | 1470 | кДж/кг | |
Потери с физичес-кой теплотой шлака | q6 | ашл • (ct)шл • Ар _ Qрн | 0,05 • 1470 • 11 _ 26216 | 0,03 | % |
КПД котлоагрегата | | 100 – (q2+q3+q4+q5+q6) | 100–(18,77+0,5+ 3,0+2,3+0,03) | 75,4 | % |
Коэффициент сохранения тепла | | 1 - q5 _ + q5 | 1 – 2,3 _ 75,4 + 2,3 | 0,97 | % |
энтальпия перегретого пара | iпп | По табл. | 3308 | кДж /кг | |
энтальпия питательной воды | iпв | По табл. | 419 | кДж/кг | |
Расход топлива | В | D • (iпп – iпв ) _ • Qрн | 1,8 • ( 3308 – 419) 0,754 • 26216 | 0,325 | кг/с |
Расчетный расход топлива | Вр | В • ( 1 – 0,01 • q4 ) | 0,325•(1–0,01•3,0) | 0,315 | кг/с |
4. Тепловой расчет топочной камеры
Табл. 6
Рассчитываемая величина | Обозна-чение | Формула или обоснование | Расчет | Значе-ние | Размер-ность |
Объем топк | Vт | принимаем конструктивно | 14,77 | м3 | |
Полная площадь поверностей топки | Fсм | _____ 6 • 3 Vт2 | _____ 6 • 3 14.772 | 36,12 | м2 |
Радиационная площадь поверхности нагрева | Hл | принимаем конструктивно | 24,78 | м2 | |
Степень экранирования | э | Hл / Fсм | 24,78 / 36,12 | 0,69 | |
температуру воздуха на входе в воздухоподогреватель | t`вп | по табл. 1.4 (1) | 45 | оС | |
температуру подогрева воздуха | tгв | по табл. 1.5 (1) | 350 | оС | |
энтальпия горячего воздуха | Iогв | по табл. 4 | 4208 | кДж/кг | |
Тепло вносимое воздухом в топку | Qв | Iогв•т | 4208•1,4 | 5891 | кДж/кг |
Полезное тепловы-деление в топке | Qт | Qнр•(100-q3-q4-q6) / /(100-q4)+ Qв | 21216•(100-0,5+3+ +0,03)/(100-3)+5891 | 26991 | кДж/кг |
Теоретическая температура горения | tтеор | по табл. 4 | 1943 | оС | |
Относит. положение горелок | xг | принимаем конструктивно | 0,14 | ||
Коэф. ядра факела | М | 0,59-0,5•хг | 0,59-0,5•0,14 | 0,52 | |
Теплонапряжение стен топки | Q/Fсм | Вр•Qт/Fсм | 0,315•26991/36,12 | 235,39 | кВт/м2 |
Эффективная толщи-на излучающего слоя | 3,6•Vт/Fсм | 3,6•14,77/36,12 | 1,47 | м | |
Произведение Ph•s | Ph•s | P•rn•s | 1•0,199•1,47 | 0,3 | бар•м |
Коэф. ослабления лучей: | Принимаем t"=1000oC | ||||
трехатомными газами | кr | по номограмме | 0,7 | 1/бар•м | |
золовыми частицами | кзл | по номограмме | 6,4 | 1/бар•м | |
остатками кокса | кк | по номограмме | 1 | 1/бар•м | |
безразмерные величины | x1 x2 | 0,5 0,03 | |||
Оптическая толщина | kps | (кr•rn+кзл•зл+кк•х1•ч2) •Р•S | (0,7•0,199+6,4• 7,76•10-3+ 1•0,5•0,03) •1•1,47 | 0,3 | бар•м |
Степень черноты факела | аф | 1-е-kps | 1-e-0,3 | 0,26 | |
Коэф. тепловой эффективности | | х• | 0,99•0,6 | 0,59 | |
Степень черноты топки | ат | аф _ аф+(1-аф)• | 0,26 _ 0,26+(1-0,26)• 0,59 | 0,37 | |
Температура газов на выходе из топки | t"т | по номограмме | 945 | oC | |
Энтальпия газов на выходе из топки | I"т | по табл. 4 | 13494 | кДж/кг | |
Тепло, передаваемое топке излучением | Qтл | • (Qт- I"т) | 0,97•(26991-13494) | 13092 | кДж/кг |
5. Расчет конвективного пучка
Табл. 7
Рассчитываемая величина | Обозна-чение | Формула или обоснование | Значение при | Размер-ность | ||
400 оС | 300 оС | 200 оС | ||||
Полная поверхн. КП | Н | конструктивно | 147,8 | м2 | ||
Диаметр труб | d | конструктивно | 51х2,5 | мм | ||
Относительный шаг поперечных | S1/d | конструктивно | 2,16 | мм | ||
Относительный шаг продольных | S2/d | конструктивно | 1,76 | мм | ||
Живое сечение газов | F | конструктивно | 1,24 | м2 | ||
Эффективная тощина излучающего слоя | S | 0,9•d•( 4 • S1•S2_)-1 • d2 | 0,18 | м | ||
Температура газов перед КП | t'r | из расчета топки t'r= t"т | 945 | oC | ||
Энтальпия газов перед КП | I'r | из расчета топки I'r= I"т | 13494 | кДж/кг | ||
Температура газов за КП | t"r | Принимаем предварительно | 400 | 300 | 200 | oC |
Энтальпия газов за КП | I"r | по табл. 4 | 6590 | 5426 | 4279 | кДж/кг |
Тепловосприятие по балансу | Qб | •(I'r- I"r) | 6697 | 7826 | 8939 | кДж/кг |
Температ. насыщения | ts | по табл. | 194 | oC | ||
Средняя температура газов | trср | (t'r+t"r)/2 | 673 | 623 | 573 | oC |
Средний температурный напор | t | tб-tм _ lntб/tт | 421,5 | 329 | 153,7 | oC |
Средняя скорость газов в пучке | Wr | Вр•Vг • (trср+273) F 273 | 9,26 | 8,77 | 8,29 | м/с |
Коэф. теплоотдачи конвекцией | k | по рис. 2 (2) | 75 | 73 | 71 | Вт/м•К |
Произведение Ph•s | Ph•s | P•rn•s | 0,035 | бар•м | ||
Коэф. ослабл. лучей: | ||||||
трехатомными газами | кr | по номограмме | 1,25 | 1,4 | 1,6 | 1/бар•м |
золовыми частицами | кзл | по номограмме | 9,9 | 10,7 | 11,7 | 1/бар•м |
Оптическая толщина | kps | (кr•rn+кзл•зл) •Р•S | 0,051 | 0,061 | 0,071 | - |
Степень черноты газового потока | аг | 1-е-kps | 0,048 | 0,058 | 0,068 | - |
Температура загрязненной стенки | t3 | ts+t | 615,5 | 523 | 347,7 | oC |
Коэф. теплоотдачи излучением | л | л=н+аи+сг по рис. 4 (2) | 4,51 | 4,28 | 4,07 | Вт/м•К |
Коэф. тепловой эффективности | | 0,65 | ||||
Коэф. теплоотдачи | к | •(k+л) | 51,6 | 50,2 | 48,7 | Вт/м•К |
Тепловосприятие КП по ур-ию теплообмена | Qт | к•t•Н•10-3 Вр | 10205 | 7749 | 3512 | кДж/кг |
Действительная температ. за КП | t"кп | 305 | oC | |||
Действительная энтальпия за КП | I"кп | по табл. 4 | 7835 | кДж/кг | ||
Действительное тепловосприятие по балансу | Qбд | •(I'r- I"КП) | 5556 | кДж/кг | ||
Действительная температура за КП
6. Расчет экономайзера
Табл. 8
Рассчитываемая величина | Обозна-чение | Формула или обоснование | Расчет | Значе-ние | Размер-ность |
Температура газов на выходе | t'г | из расчета КП t'г=t"кп | 305 | oC | |
Энтальпия газов на входе | I'г | из расчета КП I'г=I"кп | 7835 | кДж/кг | |
Температура воды на входе в экономайзер | t'пв | по условию | 100 | oC | |
Энтальпия воды на входе в экономайзер | i'пв | i'пв•4,19 | 419 | кДж/кг | |
Температура газов на выходе | t"г | t"г=tух | 200 | oC | |
Энтальпия газов на выходе | I"г | по табл. 4 | 6327 | кДж/кг | |
Присос воздуха | | по табл. 3 | 0,1 | - | |
Тепловосприятие по балансу | Qб | •(I'r- I"r+•Iохв) | 0,97•(7835-6327+0,1•909) | 1599 | кДж/кг |
Энтальпия воды на выходе | i"пв | i'пв+Qб•Вр/Д | 419+1599•0,315/1,4 | 687 | кДж/кг |
Температура воды на выходе | t"пв | i"пв /4,19 | 687/4,19 | 164 | oC |
Температурный напор на входе газов | t' | t'г- t"пв | 305-164 | 141 | oC |
Температурный напор на выходе газов | t" | t"г- t'пв | 200-100 | 100 | oC |
Средний температурный напор | t | (t'+t")/2 | (141+100)/2 | 120,5 | oC |
Средняя температура газов | tгср | (t'г+ t"г)/2 | (305+200)/2 | 252,5 | oC |
Средняя температура воды | tпвср | (t'пв+ t"пв)/2 | (100+164)/2 | 132 | oC |
Температура загрязненной стенки | tз | tгср+25 | 132+25 | 157 | oC |
Объем газов на 1 кг топлива | Vг | по табл. 3 | 11,214 | м3/кг | |
Средняя скорость газов | Wг | 5 – 12 | 8 | м/с | |
Живое сечение для прохода газов | F | Вр•Vг •(tгср+273)_ Wг • 273 | 0,315•11,214•(252,5+273) 8 • 273 | 0,84 | м2 |
Требуемое живое сечение для прохода газов | Fтр | конструктивно | 0,12 | м2 | |
Число труб в горизонтальном ряду | F/Fтр | 0,84/0,12 | 7 | шт. | |
Коэф. теплоотдачи | k | k=kн•сv | 18•1,05 | 18,9 | Вт/м•К |
Поверхность обмена по уровню теплобмен. | H | Qб•Вр•103_ k • t | 1405•0,315•103_ 18,9•110,5 | 212 | м2 |
Требуемая поверхность нагрева со стороны газов | Hтр | конструктивно | 2,95 | м2 | |
Общее число труб | N | Н/Нтр | 212/2,95 | 71,8 | шт. |
Число рядов труб по вертикали | N/n | 71,8/7 | 10 | шт. |
7. Сводная таблица теплового расчета парогенератора
Табл.9
Величина | размерность | топка | КП | ВЭК |
температура газов на входе | oC | 30 | 945 | 305 |
температура газов на выходе | oC | 945 | 305 | 200 |
Тепловосприятие | кДж/кг | 13092 | 5556 | 1599 |
температура теплоносителя на входе | oC | 100 | 194 | 164 |
температура теплоносителя на выходе | oC | 194 | 164 | 100 |
скорость газов | м/с | 8,77 | 8 |
8. Проверочный расчет
Qнр • / 100 = ( Qлг + Qбкп + Qбвэк ) • ( 1 – q4 / 100 )
26126 • 75,4 / 100 = ( 13092 + 5556 + 1599 ) • ( 1 – 3 / 100 )
19699 = 19639
( 19699 – 19639 ) • 100 % = 0,3 %
19699
Ошибка составляет 0,3 %
Литература
1. "Расчет топки": Методические указания к курсовому проекту по курсу "Котельные установки" для студентов специальности 29.07 и 10.07. Екатеринбург, изд. УПИ им.С.М.Кирова, 1991.
2. "Расчет конвективных поверхностей котла": Методические указания к курсовому проекту по курсу "Теплогенераторные установки" для студентов специальности 29.07 и 10.07. Екатеринбург, изд. УГТУ-УПИ, 1994.
3. Сидельников Л.Н, Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1988.
4. Зыков А.К. Паровые и водогрейные котлы: Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1987.
5. http:/www.kotel.ru – официальный сайт завода "Бийскэнергомаш".
Подобные работы: